KR20080081510A - 영구자석 회전기관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자와 고정자 모두를 한번 자기를 넣으면 오랫동안 자기력이 지속되는 영구자석 또는 자성체로 구성하여서 회전케 하는 영구자석 회전기관에 관한 것이다. 일반적으로 영구자석의 힘의 크기는 넓이에 비례하고 세기는 두께에 비례하되 극단에서 힘이 더 강하고 거리의 있어서는 제곱에 반비례하며 작용 한다 그리고 자기력선은 N 극에서 S 극으로 페 곡선을 그리며 들어가며 서로 교차하지 않는다 . 또한 N극과 S극이 힘의 균형을 이루고 있고 아무리 작게 분해하여도 N,S 가 분리되지도, 분리 할 수도 없고 전체적인 힘도 정확히 평형을 이루고 있기 때문에 각종 마찰을 아무리 최소화 한다고 해도 영구자석만으로는 1 회전 이상을 회전시키는 기관의 제작이 불가능 했었다. 따라서 본 발명에 있어서는 자석의 옆면극성(체적외극성)(MAsp)(99) 으로는 인력을 윗면극성(체적내극성)(77) 으로는 척력을 발생케 하거나 상쇄하여 1 회전이상 연속회전 시키는 것을 특징으로 한다 .

고정영구자석(고정자), 회전영구자석(회전자), 출구(탈출),자성체, 자기력영향권, 반전, 상쇄, 체적외극성(자석의옆면극성), 체적내극성(자석의 윗면극성).탈자

Description

영구자석 회전기관{Permanent magnet machine}

도 1, 4, 6, 12 는 본 발명의 입체 개략도

도 2, 8, 9, 10, 11, 는 본 발명의 기본 원리도

도 3 은 본 발명의 발전기를 겸한 예시도

도 5 , 7 ,13 은 본 발명의 평면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 :고정자. 1k ,1g : 고정자 자기장의 반경극성 11 ;회전자. 2 회전중심축. 3 :회전방향. 11k,11g :회전자 극성방향 22 :전자기 유도코일(발전기). MA :Magnet N :north S :south 66,77,MAa :자석배열상태 MAsp(magnet space) :옆면극성에 의한 자기력 공간 55 , 66 :극간 공간 99 : 옆면쪽(체적외) 자기극성: (77) :윗면쪽(체적내)자기극성

일반적으로 영구자석을 고여 있는 물과 비교 한다. 이는 낙차에 의해 물이 흐를 때 각종 다른 에너지로의 변환이 가능한데 비해, 고여 있는 물은 부력이나 압력이 일정하여 낙차를 이룰 수 없다. 자석 또한 작용과 반작용이라 할 수 있는 두 자석간의 힘의 평형으로 인해 아무런 변화를 일으킬 수 없으므로 그렇게 비교하는 것은 당연할 것이다. 그런데 영구자석은 방향성이 뚜렷하고 자기력에 대한 물리적인 마찰이 전혀 없어 많은 사람들이 이런 장점을 살려 보조 에너지 없이 스스로 장기간 회전하는 영구자석 기관에 대한 제작을 많이 시도했지만 한번도 성공한 사례는 없었다 . 한편 영구자석을 한쪽만 사용하고 한쪽은 코일에 전류를 입력하는 방법 즉, 전자석을 시간과 위상에 맞춰 연속제어(on-off)하여 회전을 유도하는 직류전동기는 지금도 다양하게 이용되고 있지만 이러한 방법들은 전류를 입력한 만큼(에너지 보존의 법칙에 의한 출력)만 출력하므로 거기에 따른 경제성이나 거치장스러움은 물론 환경오염 까지 발생케 하는 것이 현실이다.

따라서 본 발명은 이를 해결 하기위해 고정자(1)와 회전자(11))를 영구자석 또는 자성체로 설치하되 일정크기의 자석의 한 면중 옆면극성(체적외)(99)과 체적내극성(77) 힘을 이용하거나 또는 한 방향으로 N, S 의 힘이 부분적으로 달리 발생케 (66)(77)(MAa,MAsp)하여 회전 하게한 방법. 즉 막대자석을 예로해서 가로방향으로 옆면극(99) 을 복수개로 배열한 자기력 을 이용하거나 또는 자석의 전체 중 일정부분을 탈자하고, 거리에 따라 극성이 반전(1g)(1k)되는 것은 회전자의 회전 각도에 따른 극성 방향을 유도하여 1회전 이상 연속 회전시키는 영구자석 회전기관에 관한 것이다. 일반적으로 자석은 같은 방향으로도 체적내와 체적외극성(99) 이 서로 다르다 즉, 자기력선을 기준하여 안과 밖이 다른데, 특히 체적내와 체적외의 경계지점의 힘의 방향은 수평방향과 수직방향으로 나뉘어 형성된다. 그러므로 수직의 힘을 회전방향으로 유도하더라도 결국은 극단의 수평방향의 힘에 의해 더 이상의 회전이 불가능 하게 된다. 따라서 본 발명에 있어서는 이 문제를 해결하기 위해 자석의 한 면 중에서 일정구간 까지는 체적외극성(옆면극성)(99)인력으로, 다음 부분부터는 척력(체적내극성)을 이용하는 것을 주요특징으로 한다. 상기한 바와 같이 영구자석의 세기(압력)는 두께에 비례하고 힘의 크기(양)는 넓이에 비례하며 거리에 있어서는 제곱에 반비례 하는 것으로 알려져 있다. 하지만 이모든 것은 두 자석 또는 자성체 N,S ,NN, SS 의 폭이 같은 비례로 커 질 때의 현상이지 두 자석(회전자와 고정자)의 폭이 서로 다를 때에는 상당히 다른 현상이 나 타난다. 특히 거리에 따라 다른 힘의 결과로 나타는데 예를 들어 고정자의 폭이 10 이고 회전자의 폭은 2 , 거리 10 에서 인력이 작용할 경우 이때는 서로 끌어 당겨져 오다가 거리가 1 에서 2 정도까지 가까워지면 힘이 -1 에서 1정도로 급격히 약 해진다

다음은 거리가 같은 10 의 상황에서 고정자의 폭을 회전자 와 같은 폭인 2 로 하면 이동하지 못 한다 그러나 이 상태에서 거리를 2 로 접근시키면 자기장의 힘은 전자와는 반대로 힘이 몇 배 더 강하게 나타난다. 이는 자기력이 극단일수록 강하다가 극단에서 많이 벗어나면 거리 제곱에 정확히 반비례하지 않거나 반대되는 힘까지 보이는데 이것은 자석이 넓어질수록 자기력선의 동심원이 커지면서 자기장이 빈 공간. 즉 자기력이 약한 곳을 향하게 되므로 그 자기장이 미치는 거리는 점점 멀게 작용하지만 자극에서 멀어진 한가운데는 상당히 힘이 미약해진다. 이때 미약 한 이곳에 원래 극의 추가 착자는 포화 상태이므로 불가능 하지만 반대 자극을 투입하면 약 한만큼의 반대 극이 강하게 형성되고 강했던 자극 쪽은 힘이 서로 상쇄되어 힘 이 없거나 상당히 약해진다. 따라서 이러한 방법을 이용하면 어느 일정한 부분만의 탈자(상쇄)가 가능하고, 직선상의 힘은 같은 각도에서 일정거리의 간격을 두고 인력과 척력이 작용하지만 전체적인 힘의 총량은 거의변화가 없는 것이 특징이다. 상기의 것은 일체형 영구자석을 설명 했지만 하나의 자석 또는 분리된 자석을 조합하여 같은 효과를 얻으려면 일정크기의 한 면에서 한가운데(99)(MAsp) 는 공간으로 비어놓고 양옆(MAa)(77) 에만 같은 극성의 자석을 배열하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에 있어서는 고정자, 또는 회전자를 복수개의 N,N S,S를 일정 부분을 공간으로 가변 배열하여, 수평대칭의 중심축(2)을 빗나가는 방향으로 중심축의 왼쪽(체적외극성)에서는 인력이, 오른쪽(체적내극성)에서는 척력을 발생케 하거나 또는 상쇄하여 1 회전이상 연속회전 시키는 영구자석 회전기관에 관 한 것이다.

본 발명은 고정자와 회전자 모두를 영구자석 또는 한쪽만 자성체로 한 면 또는 한 방향으로 N,N S,S ,N,S, 를 복수로 함께 형성하여 강력한 연속회전을 출력하는 영구자석 회전 기관에 관한 것인데 이를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기한 바와 같이 영구자석은 한 면 에서도 체적 내와 체적외극성 (99)(MAsp)과 체적내극성(77)(MAa)이 서로 다르다. 또한 두 자석간의 힘을 미칠 때 같은 넓이 조건 하에서는 크기가 커질수록 힘이 커지지만 두 자석의 폭이 서로 다르면서 거리 또한 달라 질 때는 차이나는 만큼으로 반비례 하다가 아주 가까운 곳 에서는 힘이 정반대(인력과 척력)로 되는 극성으로 작용하기도 하고 심지어 약화된 부분은 반대되는 극성의 추가 착자가 가능하여 위상에 따라 힘을 더욱더 보강 할 수 있는데, 그 관계는 거리와 밀접한 관계가 있다. 먼저 본 발명의 도면들과 같은 구조를 가진 고정자형태(1) 즉, 체적내의 극성(77)(MAa) N,N 과 체적외극성(99)을 형성하고 가운데는 공간으로 두고 같은 각도에서 극성을 측정하면 N,극과 S 극성으로 구분되어 나타난다. 따라서 회전자(11) N 극을 고정자(1)인 S 극 영향권(체적외극성)(99)에 접근 시키면 회전자(11)는 인력으로 인해 극성 반전 지점까지 끌려오면서 힘의 제로 점을 지나 고정자(1) 의 체적내극성(77)(MAsp)의 자기영향권의 N 극을 접하며 다시 척력의 힘을 받거나 상쇄된 힘으로 강력하게 탈출하여 원래 출발하였던 지점에 오게 되어 연속회전으로 이어지게 되는 것이다. 이때 회전축(2)의 부하를 걸게 되면 각종 동력원으로서의 응용이 가능하게 되는 것이다. 상기의 모든 것들은 일정 크기를 가진 자석의 체적외(옆면)(99)의 극성들과 체적내극성(77)들을 이용하는 방법, 즉 자석간의 공간을 기점으로 체적내의 극성과 체적외의 극성을 이용하는 것이므로 회전자나 고정자의 수를 다극화 하거나 고정자의 구조를, 회전자의 회전위상에 맞춰 두 고정자의 공간폭을 부분적으로 달리하여 고정하면 힘이 강해지는 것은 물론 부드러운 힘을 출력 할 수도 있는 당연할 것이고 또한 자석의 체적의 넓이나 두께도 부분적으로 달리하면 더욱더 효과적인 힘을 얻을 수 있을 것이다. 한편 심한 가속도로 인해 고장이 금방 발생 할 수도 있겠지만 이러한 모든 것들은 어디까지나 본 발명과의 사상과는 상관없이 보조적인 수단으로 해결 할 수 있고, 고정자 또는 회전자의 모형이나 구조를 다르게 한다하여도 본 발명의 응용의 한 예에 불과한 것 일 것이다 . 그리고 도 3 과 같이 본 발명의 시스템 내에서 전자기 유도를 하기위해 코일(22)을 형성하면 부피가 작거나 저렴한 발전기를 제작할 수도 있는 것도 당연한 것이다.

또한 회전방향을 한쪽 방향으로만 설명 하였으나 극성을 반대로 할 경우에는 회전방향이 반대가 되는 것은 당연할 것이고 고정자와 회전자의 형태를 서로 바꾸어 형성 하여도 같은 효과가 있는 것도 당연 할 것이다.

본 발명은 고정자와 회전자 모두를 한번 자기를 넣으면 영구적으로 자기력이 지속 되는 영구자석 또는 자성체로 구성하기 때문에 외부의 에너지의 보조 없이도 지속적인 회전 동력을 출력 할 수 있어 운용비가 거의 필요치 않으며 환경오염 문제 또한 여타의 다른 기관과는 무엇을 어떻게　비교 할 수 없을 정도로 제로 점에 가깝다. 한편 쓰임새로는 발전기, 모든 전기모터의 대용, 발전을 해서 물을 분해하여 수소 가스를 생산해 낼 수도 있을 것이다. 본 발명의 동력원은 어떠한 변환 에너지가 아니고 증폭이나 생산에 해당하므로 그 사용처는 무궁무진 할 것이다.

Claims (5)

1. 고정자와 회전자의 힘을 이용하는 데에 있어서, 자석의 체적외극성:99: 의 힘 또는 체적내극성:77: 의 힘을 이용하여 1회전이상 회전시키는 영구자석 회전기관.
2. 제 1 항에 있어서 하나의 회전자 또는 고정자의 구조가 2개 이상의 복수개의 극으로 형성하여 1회전이상 회전시키는 영구자석 회전기관.
3. 제 1 , 2 항에 있어서 체적외의 극성 99, 또는 체적내의 극성 77, 의 힘을 이용 하기위하여 자석의 일정부분을 탈자 66, 하거나 상쇄하여 1회전이상 회전시키는 영구자석 회전기관.
4. 자석의 한 면의 일정길이에서 부분적으로 인력 MAsp:99:와, 척력:77:을 얻기위하여, 두 자석(77)간의 공간 :MAsp: 폭을 가변성으로 배열하여 1 회전이상 회전하는 영구자석 회전기관.
5. 제 1, 2, 3, 4항에 있어서 본 발명의 기관에다 전자기 유도코일을 함께 형성하여 발전을 겸 하게한 영구자석 회전기관.

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